Processo de Captura O processo de aquisição de imagens HDR divide-se em várias etapas: 1. Capturar várias fotografias do mesmo cenário, com diferentes exposições. 2. Alinhar as fotografias. 3. Encontrar a resposta da câmara e construir o seu mapa de radiância. 4. Representar a imagem HDR criada num ecrã, através do tone mapping. 1. Capturar Várias Fotografias com Diferentes Exposições Para produzir uma imagem HDR são usadas várias imagens de baixa gama dinâmica (LDRIs) com diferentes exposições. O termo exposição é usado para descrever a quantidade de luz que chega ao sensor de uma câmara. Uma câmara reflex monobjetiva actual, já está electronicamente desenhada para oferecer um tempo de exposição bastante preciso, oferecendo bons resultados finais, no entanto, por vezes não é suficiente. Estes tempos podem ser controlados manualmente e variam entre 1/4096 até 32 segundos. Ghost Effect Como o processo de captura de LDRIs não é simultâneo mas sim sequencial, é possível que um objecto em movimento fique localizado em diferentes posições entre LDRIs, causando um efeito indesejável na imagem final, chamado efeito fantasma. Um exemplo desse efeito encontra-se na figura abaixo. Este conceito não deve ser confundido com motion blur. Enquanto que o ghost effect é criado na combinação de 3 imagens numa só, motion blur acontece quando se deixa o obturador da câmara aberto enquanto os objectos na cena se movem. Esse efeito é mais perceptível com fotografias nocturnas, onde as luzes criam linhas.
2. Alinhamento de todas as imagens No processo de captura de fotografias com diferentes exposições, caso estas não estejam perfeitamente alinhadas, tem que se proceder ao seu alinhamento. Isto acontece quando o fotografo altera a posição original da câmara, fazendo com que as imagens possam sofrer uma rotação ou translação. Mesmo no caso da captura ser feita com recurso a um tripé, é de realçar que os objectos na cena podem apresentar movimento próprio, como por exemplo, a Rua Augusta de Lisboa em hora de ponta. Para resolver este inconveniente foi proposto um método de detecção de movimento local, designado multi-level threshold, que permite detectar o movimento local nas diferentes imagens, tendo em conta a sua intensidade. Os níveis de intensidade entre uma sequência de LDR são definidos com base na diferença da posição dos objectos.
3. Encontrar a resposta da câmara e construir mapa de radiância Foram propostos vários métodos para tentar recuperar a resposta desconhecida de uma câmara digital a partir de uma sequência de exposições. Utiliza-se o método da multi-imagem, onde as várias exposições da mesma cena vão ser usadas para determinar as variações dos valores dos pixéis. Este método baseia-se no princípio da reciprocidade que indica que a exposição total é igual ao produto da radiância da imagem pela duração da exposição. A resposta de uma película fotográfica ou de um dispositivo de carga acoplada (sensor para a captação de imagens) a variações na exposição da cena é definida pela sua curva característica. A curva de resposta da câmara é um gráfico onde está estabelecida a relação entre a quantidade de luz incidente na câmara (logaritmo da exposição) e o valor de brilho de pixel de uma câmara digital. É algo a ter em conta na criação de conteúdo HDR, pois neste é necessário ter linearidade entre os dados de entrada. Dados não-lineares resultado de uma curva de resposta mal estimada irão provocar gradientes de contraste, por exemplo em torno de luzes brilhantes. Uma vez encontrada a curva de resposta, a tarefa seguinte passa por converter o valor de cada pixel para os valores de radiância correspondentes. Para construir o mapa de radiância, a função da curva de resposta é aplicada aos valores de brilho de píxel, associado ao tempo de exposição correspondente. Uma vez que no conjunto de pixéis provavelmente existem uns sub expostos ou saturados, é necessário associar diferentes pesos de acordo com a confiança no valor do pixel, associado ao tempo de exposição. Pesos maiores serão dados a exposições em que o valor do pixel é mais próximo ao meio da curva de resposta, penalizando desta forma valores saturados e sub expostos. Os mapas de radiância construídos com este método conseguem representar valores proporcionais às condições de iluminação encontradas no ambiente onde as fotografias foram capturadas. 4. Tone Mapping O Tone Mapping é uma técnica de conversão usada em processamento de imagem e gráficos de computador, para poder mapear um conjunto de cores iniciais num outro dispositivo, de maneira a conseguir a aparência de uma imagem HDR em dispositivos com uma gama dinâmica mais limitada. Os dispositivos Standard Dynamic Range (SDR) ou Low Dynamic Range (LDR), devido às suas limitações, são incapazes de reproduzir toda a gama de intensidades de luz presente na natureza. O Tone Mapping tenta corrigir o problema da forte redução de contraste, preservando os detalhes e as cores capturadas. Esta técnica pode ser aplicada na produção de imagens, preservando ou exagerando o contraste local para criar efeitos artísticos, pelo que os objectivos da aplicação desta técnica variam consoante o destino final da imagem. Por esta razão, enquanto algumas imagens conseguem ser bastante realistas e apresentar grande detalhe, outras parecem autênticas pinturas.
Ao longo dos anos foram desenvolvidos vários tipos de operadores de Tone Mapping, separando-se em dois grandes grupos, operadores Globais e operadores Locais. Ao utilizar operadores Globais, cada píxel é mapeado tendo em conta a sua intensidade e características globais da imagem, independentemente da sua localização espacial. Uma vez que a função óptima foi estimada de acordo com a imagem em análise, todos os pixéis nesta mesma imagem sofrem o mesmo tipo de modificação, quer estejam numa zona clara ou escura. Estas técnicas costumam ser simples e rápidas, porém podem causar a perda de informações de contraste em determinadas regiões. Por sua vez, os operadores Locais são operadores não-lineares que se moldam para cada pixel, tendo em consideração os arredores e as informações externas. Estes algoritmos são mais complexos e demorados quando comparados aos de operadores globais, contudo produzem melhores resultados. O Tone Mapping local produz efeitos visuais nas imagens, como auras em redor de objectos escuros, dando por vezes um aspecto de cartoon ou de pintura, devido à falta de grandes contrastes e cores altamente saturadas. Estes efeitos, embora apreciados por algumas pessoas, levam outras a duvidar do realismo que esta técnica acrescenta às imagens. É de ressalvar que estes efeitos não são uma consequência do uso de Tone Mapping, pois nem todas as imagens tone mapped são distinguíveis visualmente.
High Dynamic Range Imaging Codificação de Áudio e Vídeo